KR20150104145A - 활성 플라즈마에서의 인시츄 측정들을 위한 고온 센서 웨이퍼 - Google Patents

활성 플라즈마에서의 인시츄 측정들을 위한 고온 센서 웨이퍼 Download PDF

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KR20150104145A
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Abstract

본 개시의 양상들은 프로세스 조건 측정 디바이스 내의 컴포넌트 모듈을 개시하며, 이 컴포넌트 모듈은 하나 이상의 컴포넌트 모듈들은 컴포넌트를 지지하기 위한 지지부, 기판에 대한 이격 관계로 지지부를 매달도록 구성된 하나 이상의 레그들을 포함한다. 전기 전도성 또는 저-저항 반도체 인클로저는 컴포넌트를 인클로징하도록 구성된다. 지지부 및 레그들은 기판과 인클로저 사이에 있다. 이 요약은 검색자 또는 다른 독자가 기술적인 개시의 청구 대상을 빠르게 확인하는 것을 허용하는 요약을 요구하는 규칙에 맞도록 제공된다는 것이 강조된다. 이 요약이 청구항들의 범위 또는 의도를 제한하거나 해석하는데 이용되지 않을 것임을 이해할 것이다.

Description

활성 플라즈마에서의 인시츄 측정들을 위한 고온 센서 웨이퍼{HIGH TEMPERATURE SENSOR WAFER FOR IN-SITU MEASUREMENTS IN ACTIVE PLASMA}
우선권 주장
본 출원은 Mei Sun에 의해, 공동 소유되고 동시 계류중이며, "HIGH TEMPERATURE SENSOR WAFER FOR IN-SITU MEASUREMENTS IN ACTIVE PLASMA"이라는 발명의 명칭으로 2013년 1월 7일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/749,872호의 우선권 이익을 주장하며, 상기 가특허의 전체 개시물은 여기에 인용에 의해 포함된다.
발명의 분야
본 발명의 실시예들은 고온 프로세스 조건 측정 디바이스들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 측정 디바이스가 확장된 시구간에 걸쳐서 동작 플라즈마 프로세싱 환경 및/또는 고온 환경에서 노출되는 동안, 측정 디바이스의 컴포넌트들을 적절한 동작 온도로 유지하고 플라즈마로부터 이격시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조는 일반적으로 다수의 정교하고 복잡한 프로세싱 단계들을 포함한다. 각각의 프로세스 단계의 모니터링 및 평가는 제조 정확도를 보장하고, 궁극적으로 최종 디바이스의 원하는 성능을 달성하기 위해 중요하다. 다수의 프로세스들, 예컨대, 이미징 프로세스, 증착 및 성장 프로세스, 에칭 및 마스킹 프로세스에 걸쳐서, 예를 들어, 온도, 가스 유동, 진공 압력, 가스 화학물질 또는 플라즈마 조성 및 노출 거리는 각각의 단계 동안 세심하게 제어되는 것이 중요하다. 각각의 단계에 수반되는 다양한 프로세싱 조건들에 대한 세심한 주의는 최적의 반도체 또는 박막 프로세스들의 요건이다. 최적의 프로세싱 조건들로부터의 임의의 이탈은, 뒤따르는 집적 회로 또는 디바이스가 표준 이하의 레벨로 수행하거나, 또는 설상가상으로 완전히 고장나게 할 수 있다.
프로세싱 챔버 내에서, 프로세싱 조건들은 변동될 수 있다. 온도, 가스 유량 및/또는 가스 조성과 같은 프로세싱 조건들의 변동들은, 직접 회로의 형성 및 그에 따른 성능에 크게 영향을 준다. 집적 회로 또는 다른 디바이스와 동일하거나 유사한 물질로 이루어진, 프로세싱 조건들을 측정하기 위한 기판 유사형 디바이스를 이용하는 것이 조건들의 가장 정확한 측정을 제공하는데, 그 이유는 기판의 열 전도율이 프로세싱될 실제 회로들과 동일하기 때문이다. 실제 모든 프로세싱 조건들에 대하여 챔버 전체에 걸쳐서 구배(gradient)들과 변동들이 있다. 이러한 구배들은 이에 따라 기판의 표면에 걸쳐서 또한 존재한다. 기판의 프로세싱 조건들을 정밀하게 제어하기 위해, 측정들이 기판 상에서 이루어지고, 판독들은 자동화된 제어 시스템 또는 운용자에게 이용 가능하게 되어서, 챔버 프로세싱 조건들의 최적화가 쉽게 달성될 수 있게 되는 것이 중요하다. 프로세싱 조건들은, 제조자가 모니터링하기를 바라는 반도체 또는 다른 디바이스 제조 또는 조건들을 제어하는데 이용되는 파라미터들을 포함한다 .
로우 프로파일(low profile) 무선 측정 디바이스는 통상적으로 프로세싱 조건들을 측정하기 위해 기판 상에 장착된다. 로우 프로파일 무선 측정 디바이스가 고온 환경(예를 들어, 약 150℃ 초과의 온도들)에서 작동하기 위해, 얇은 배터리들 및 마이크로프로세서들과 같은 디바이스의 특정한 핵심 컴포넌트들은, 디바이스가 고온 환경에 노출될 때 기능할 수 있어야 한다. 일반적으로 백 AR 코팅(back AR coating; BARC) 프로세스는 250℃에서 동작하고, PVD 프로세스는 약 300℃에서 동작할 수 있고, CVD 프로세스는 약 500℃의 온도에서 동작할 수 있다. 불행하게도, 특정 디바이스들과 함께 이용되기에 적합한 배터리들 및 마이크로프로세서들은 150℃ 초과의 온도를 견딜 수 없다. 또한, 측정 디바이스는 동작 플라즈마 프로세싱 환경에서 측정을 위해 이용될 수 있다. 이들 디바이스들은 과도한 온도들, 부식성 화학물질들, 고 에너지 이온들에 의한 충격, 및 높은 레벨의 전자기 및 다른 복사 노이즈와 같은 가혹한 조건들에 노출될 수 있다. 따라서, 정전기장들 및 전자기장들이 측정 디바이스들로부터의 신호들을 간섭하는 것을 차단할 수 있는 차폐(shielding)를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 측정 디바이스에 의해 당면하게 되는 부가적인 과제는 디바이스 프로파일의 소형화이다. 이러한 디바이스들은 다양한 프로세스 챔버들 내로 맞춰지기 위해, 기판의 최상단면 위에서 5㎜ 또는 그 미만의 프로파일을 유지해야 한다.
이러한 맥락 내에서, 본 발명의 실시예들이 발생한다.
본 개시의 양상들에 따라, 프로세스 조건 측정 디바이스의 컴포넌트 모듈은 컴포넌트를 지지하도록 구성된 지지부; 기판에 대한 이격 관계(spaced-apart relationship)로 지지부를 매달도록(suspend) 구성된 하나 이상의 레그들; 및 컴포넌트를 인클로징(enclose)하도록 구성된 전기 전도성 또는 저-저항 반도체 인클로저를 포함하고, 지지부 및 레그들은 기판과 인클로저 사이에 있다.
본 개시의 부가적인 양상들에 따라, 프로세스 조건 측정 디바이스는 기판; 및 기판 상에 장착된 하나 이상의 컴포넌트 모듈들을 포함한다. 하나 이상의 컴포넌트 모듈들은 컴포넌트를 지지하기 위한 지지부, 기판에 대한 이격 관계로 지지부를 매달도록 구성된 하나 이상의 레그들; 및 컴포넌트를 인클로징하도록 구성된 전기 전도성 또는 저-저항 반도체 인클로저를 포함하고, 지지부 및 레그들은 기판과 인클로저 사이에 있다.
본 개시의 부가적인 양상은 기판을 커버(cover)하는 차폐 층(shielding layer)을 갖는 기판; 및 기판 상에 장착되는 하나 이상의 컴포넌트 모듈들을 포함하는 프로세스 조건 측정 디바이스를 설명한다. 하나 이상의 컴포넌트 모듈들은 하나 이상의 컴포넌트 모듈들의 전기적 및 열적 보호를 제공하도록 구성된 전기 전도성 모듈 차폐부에 의해 커버된다.
본 발명의 목적들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하고 하기의 상세한 설명을 읽으면 자명하게 될 것이다.
도 1a는 본 개시의 실시예에 따른 프로세스 조건 측정 디바이스의 개략도이다.
도 1b는 본 개시의 실시예에 따른 프로세스 조건 측정 디바이스의 개략도이다.
도 2a는 본 개시의 실시예에 따라 컴포넌트 모듈을 갖는 프로세스 조건 측정 디바이스의 단면도이다.
도 2b는 본 개시의 실시예에 따라 프로세스 조건 측정 디바이스 상에 장착된 컴포넌트 모듈의 확대된 단면도이다.
도 2c는 본 개시의 대안적인 실시예에 따라 프로세스 조건 측정 디바이스 상에 장착된 컴포넌트 모듈의 확대된 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따라 컴포넌트 모듈을 갖는 프로세스 조건 측정 디바이스의 단면도이다.
다음의 상세한 설명은 예시 목적을 위한 다수의 특정한 세부사항들을 포함하지만, 당업자라면 다음의 세부사항들에 대한 다양한 변형들 및 변경들이 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 인지할 것이다. 이에 따라, 아래에서 설명되는 본 발명의 예시적인 실시예들은 일반성의 어떠한 손실도 없이 그리고 제한들을 부과함 없이, 청구된 발명을 기술한다. 부가적으로, 본 발명의 실시예들의 컴포넌트들이 다수의 상이한 배향들로 포지셔닝될 수 있지만, 방향성 용어는 예시 목적을 위해 이용되고 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다. 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 변화들이 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
이 문서에서, 특허 문서들에서 일반적인 바와 같이 단수로 표현된 용어들은 하나 또는 1개 초과를 포함하도록 이용된다. 이 문서에서, "또는"이란 용어는 비배타적인 "또는"을 지칭하도록 이용되어서, "A 또는 B"는 달리 표시되지 않으면, "B를 제외한 A만", "A를 제외한 B만" 및 "A 및 B"를 포함하게 된다. 다음의 상세한 설명은 이에 따라 제한적인 의미로 받아들이지 않고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
부가적으로, 농도들, 양들 및 다른 수치 데이터는 범위 포맷으로 본 명세서에서 제시될 수 있다. 이러한 범위 포맷은 단지 편의 및 간략함을 위해서만 이용되며, 범위의 제한들로 명시적으로 인용된 수치 값들을 포함할 뿐만 아니라, 각각의 수치 범위 및 하위 범위가 명시적으로 인용된 것처럼, 모든 개별 수치 값 또는 그 범위 내에 포함되는 하위-범위를 포함하도록 유연하게 해석되어야 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 약 1㎚ 내지 약 200㎚의 두께 범위는 약 1㎚ 및 약 200㎚의 명시적으로 인용된 제한을 포함할 뿐만 아니라, 2㎚, 3㎚, 4㎚ 및 인용된 제한들 내의 10㎚ 내지 50㎚, 20㎚ 내지 100㎚ 등과 같은 하위 범위들과 같은(그러나 이것으로 제한되지 않음) 개별 크기들을 포함하도록 해석되어야 한다.
명세서 잔여부는 본 개시의 실시예들을 설명할 때 프로세스 조건 측정 디바이스들의 컴포넌트들에 대한 참조가 이루어진다. 제한이 아닌 예로서, 전자 컴포넌트들은 배터리, 메모리, 트랜시버, CPU 또는 프로세스 조건들을 측정 및 분석하는 것을 용이하게 하도록 구성된 임의의 다른 전자 컴포넌트들과 같은 전력 또는 에너지 소스를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 정의된 바와 같이, "프로세싱 조건들(processing conditions)"은 집적 회로를 제공하는데 이용되는 다양한 프로세싱 파라미터들을 지칭한다. 프로세싱 조건들은, 온도, 에칭 레이트, 기판 상의 층의 두께, 프로세싱 챔버 압력, 챔버 내의 가스 유량, 챔버 내의 기체 화학물질 조성, 챔버 내의 포지션, 전기 플라즈마 특성들, 광 에너지 밀도, 및 진동 및 챔버로 또는 챔버로부터의 이동 동안 또는 챔버 내에서 웨이퍼 또는 다른 기판의 진동 및 가속도와 같이(그러나 이것으로 제한되지 않음) 제조자가 모니터링하기 바라는 임의의 조건 또는 반도체 제조를 제어하는데 이용되는 임의의 파라미터를 포함한다. 상이한 프로세스들은 필연적으로 수년에 걸쳐서 개발될 것이고, 프로세싱 조건들은 그에 따라 시간에 지남에 따라 변동될 것이다. 조건이 무엇이든지 간에, 아래에 설명되는 실시예들은 이러한 조건을 측정할 수 있다고 예견된다. 반도체 웨이퍼들의 프로세싱 동안 이들 조건들을 측정하는 것 외에도, 본 명세서에서 설명된 시스템들 및 기법들은, 웨이퍼 마스크들과 같은 다른 타입의 기판들의 프로세싱 동안 유사한 조건들을 모니터링하도록 또한 적용될 수 있다.
도 1a는 프로세스 조건 측정 디바이스의 개략도이다. 측정 디바이스(100)는 적어도 하나의 센서 엘리먼트(120) 및 필수 상호연결 배선(130)을 갖는 기판(110)을 포함한다.
기판(110)은 기판 프로세싱 시스템에 의해 프로세싱되는 표준 기판과 동일한 크기 및 형상일 수 있다. 기판(110)은 시스템에 의해 프로세싱되는 표준 기판과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 측정 디바이스가 실리콘 웨이퍼들을 프로세싱하는 반도체 웨이퍼 프로세싱 시스템에서 프로세스 조건을 모니터링하는데 이용되는 경우, 기판(110)은 실리콘으로 이루어질 수 있다. 표준 크기 실리콘 기판의 예들은 150㎜, 200㎜, 300㎜ 및 450㎜를 포함(그러나 이것으로 제한되지 않음)한다.
센서 엘리먼트(120) 및 상호연결 배선(130)은 기판 표면 상에 직접 형성될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 센서 엘리먼트(120)는 전자기 센서, 열 센서, 광학 또는 전기 센서일 수 있다. 일 예에서, 센서들은 곡류형 전도성 물질로 이루어진다. 다양한 타입들의 센서들의 세부사항들은 2010년 9월 28일 출원되고 전체가 모든 목적을 위해 인용에 의해 본원에 포함되는, 공동 양도되고 동시 계류중인 미국 특허 출원 번호 제12/892,841호에서 발견될 수 있다.
디바이스(100)는 전자 컴포넌트를 포함하는 컴포넌트 모듈(150)을 포함할 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴포넌트 모듈(150)은 측정 디바이스가 기판 프로세싱 툴 내에 배치될 때 측정 디바이스(100)가 프로세스 파라미터들을 적절히 측정하고 레코딩하기 위해, 전력 소스, 메모리 또는 메인 메모리에 저장된 명령들을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 측정 전자기기의 특정한 엘리먼트들이 컴포넌트 모듈 내에 포함될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 전력 소스 및 CPU는 각각 컴포넌트 모듈에 인클로징될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 컴포넌트 모듈들이 기판(110) 상에 장착된다.
택일적 사항으로서, 커버(140)는 측정 센서 엘리먼트(120) 및 상호연결 배선(130)을 커버하기 위해 기판(110) 위에 형성될 수 있다. 일 예에서, 커버(140)는 고 전도율 타입 실리콘으로 이루어진다. 예로서는, 인으로 고도핑된(P+) 실리콘 및 붕소로 중도핑된(N+) 실리콘이 있다. 도 1b에서 도시된 바와 같이, 커버(140)는 아래에서 설명되는 바와 같이 기판(110)에 장착될 수 있는 컴포넌트 모듈들(150)을 수용하도록 하나 이상의 관통 홀들(145)을 가질 수 있다. 대안적으로, 컴포넌트 모듈(150)은, 결국 기판(110)을 커버하는 커버(140)에 장착될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 컴포넌트 모듈들을 갖는 프로세스 조건 측정 디바이스의 단면도이다. 도 2a에서 도시된 바와 같이, 2개의 컴포넌트 모듈들(200)은 기판(110)에 장착된다. 도 2b는 하나의 컴포넌트 모듈(200)의 확대된 단면도이다. 컴포넌트 모듈(200)은 제한된 동작 온도 범위를 갖는 온도 민감성 컴포넌트들(210), 컴포넌트에 대한 지지부(220) 및 기판(110)에 장착될 하나 이상의 레그들(230)의 세트를 포함한다. 도 2b에서 도시된 바와 같이, 지지부(220)는 하나 이상의 레그(230)에 의해 기판(110)의 최상단면에 장착될 수 있다. 대안적으로, 지지부(220)는 레그들(230) 상에서 기판의 최상단면에 형성되는 기판 캐비티들(도시되지 않음) 내에 장착될 수 있다.
예로서, 제한된 동작 온도 범위를 갖는 컴포넌트들(210)은 전력 소스(예를 들어, 배터리, 수퍼커패시터 광전지 디바이스(supercapacitor photovoltaic device)), 메모리, 트랜시버, CPU 등일 수 있다. 애플리케이션 및 결과적인 전력 요구들에 의존하여 단일 전력 소스 또는 대안적으로 2개 이상의 전력 소스가 있을 수 있다. 컴포넌트(210)는 매우 얇을 수 있다. 예로서, 컴포넌트는 약 0.15㎜ 또는 그 미만의 총 두께를 가질 수 있다.
컴포넌트(210)는 지지부(220) 상에 배치되고 그에 의해 지지된다. 지지부(220)는 얇고, 평평하고 높은 체적 열 용량 물질로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 지지부는 사파이어 또는 알루미나(AI2O3)로 이루어진다. 일 예에서, 지지부는 캐비티 또는 리세스를 가질 수 있어서, 컴포넌트는 지지부(220)의 캐비티 또는 리세스에 딱 맞도록 크기설정되고 성형될 수 있다. 지지부(220)의 두께는 약 0.5㎜일 수 있다.
하나 이상의 레그들 또는 포스트들(230)이 지지부(220)의 바닥면에 장착된다. 레그(230)는, 기판의 최상단면 또는 인클로저(110)의 표면과 지지부(220)의 표면 간에 갭을 형성하도록 컴포넌트 모듈(200)이 기판(110)에서 떨어져 포지셔닝되도록 허용한다. 부가적인 단열층을 제공하는 이러한 갭은 진공, 또는 매우 낮은 압력에 놓여 있을 수 있다. 따라서, 기판(110)의 열 에너지는, 갭/진공에 의해 형성된 절연층 및 레그들(230)의 낮은 열 전도율로 인해 지지부(220) 및 컴포넌트(210)에 저조하게만 전달된다. 갭은 효과적인 단열을 획득하기 위해 매우 클 필요가 없다. 제한이 아닌 예로서, 효과적인 단열은, 기판의 최상단면과 지지부의 바닥면 간의 거리(d)가 약 0.25㎜인 경우 획득될 수 있다. 부가적으로, 레그들(230)은 기판(110)으로부터 지지부(220)로 매우 제한된 전도성 열 에너지 전달 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 레그(230)는 직경 또는 폭(둥글지 않은 경우)이 1㎜이고 높이가 1㎜일 수 있다. 부가적으로, 레그(230)의 단면 치수들은, 레그들을 통한 열 에너지 전달을 감소시키기 위해 레그들이 비교적 길고 얇게 되게 될 수 있다. 또한, 기판(110)과 지지부(220) 간의 열 에너지 전달 효율은 고강도 저 열 전도율 물질로 레그들(230)을 제조함으로써 제한될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 이들 레그들(230)은 스테인리스 강, 석영, 유리, 폼(foam)들, 또는 에어로겔들, 또는 기판 위에서 지지부(230)를 고정하고 낮은 열 에너지 전달 특성을 나타내기에 충분히 강한 임의의 다른 물질들로 구성될 수 있다.
인클로저(240)는 이온 충격 및 후속 가열로부터 인클로저 내부의 컴포넌트의 보호를 위해 컴포넌트(210), 지지부(220) 및 레그들(230)을 커버하도록 제공된다. 컴포넌트 모듈(200)은 3밀리미터 미만의 총 두께를 가질 수 있다.
인클로저(240)는 바람직하게는, 표준 생산 웨이퍼들과 동일한 물질인 반도체 물질로 이루어진다. 예로서, 인클로저(240) 및 기판(110)은 저 저항 반도체 물질, 예컨대, P+ 실리콘으로 이루어질 수 있다. 이러한 구성은 측정 디바이스(100)의 모든 노출된 표면들이 실리콘이라는 점에서 유리하다. 몇몇 구현들에서, 커버(235)는 예를 들어, 도 1b에서 예시된 바와 같이 기판(110) 위에 장착될 수 있다. 커버(235)는 인클로저(240)를 수용하도록 구성된 관통 홀들을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 커버(235) 및 인클로저(240)는 동일한 물질, 예를 들어, 전도성 물질 또는 저-저항 반도체, 예컨대, P+ 실리콘으로 이루어질 수 있다.
인클로저의 벽의 두께는 약 0.5㎜일 수 있다. 인클로저(240)는 진공 씰(vacuum seal) 및 그에 따른 컴포넌트(210)의 추가 절연을 형성하도록 속이 비워지고(evacuate) 기판(110) 또는 커버(140)에 본딩된다. 대안적으로, 인클로저(240)는, 프로세싱 환경이 열 지연을 증가시키기 위해 충분히 낮은 진공 레벨로 유지되는 경우 반드시 진공일 필요는 없다. 예로서, 인클로저(240)의 진공 레벨은 20mTorr 미만일 수 있다.
인클로저(240)의 내부는 추가의 열 차폐를 위해 저 복사율 표면을 제공하도록 폴리싱될 수 있다. 컴포넌트들(210) 및 지지부(220)의 표면들은 열 에너지를 거의 흡수하지 않도록 또한 처리될 수 있다. 이는 저 복사율 막을 갖는 표면을 코팅 및/또는 폴리싱함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 인클로저(240)의 내부는 저 복사율 박막 물질(260)로 코팅될 수 있다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 0.0 내지 0.2의 복사율을 갖는 표면을 갖는 물질은 "저 복사율(low emissivity)"인 것으로 고려될 수 있다. 프로세스 챔버로부터의 방사선, 이온 충격 및 기판(110)으로부터의 전도는 인클로저(240)의 최상단 부분들 및 측벽들 상의 온도 증가에 기여한다. 폴리싱 및 코팅에 의해, 인클로저의 최상단 및 측벽들의 내부 표면들로부터 방사되는 열의 상당한 감소가 보장될 수 있다. 이는 인클로저(240)로부터 컴포넌트들(210) 및 지지부(220)로의 방사에 의한 열 전달을 감소시킬 것이며, 이는 컴포넌트(210)의 가열을 더 느리게 할 것이다. 예로서, 고 반사 물질, 예를 들어, 금, 백금, 알루미늄, 또는 임의의 고 반사 막이 기판(110) 및 인클로저(240)로부터의 복사율 및 열 방사를 감소시키기 위해 인클로저의 내부 상에 코팅될 수 있다.
하나 이상의 인클로저(240)가 기판(110) 상에 정렬된 이후, 하나 이상의 인클로저(240)는 본딩 프로세스에 의해 물리적으로 및 전기적으로 연결된다. 컴포넌트 모듈(200)의 치수들은 측정 디바이스(100)가 이용되는 프로세싱 챔버의 치수들에 의해 제한될 수 있다. 결과적으로 컴포넌트 모듈(200)의 높이는 프로세싱 챔버의 규격에 충족하도록 구성될 수 있다. 모듈의 높이는 인클로저(240)의 최상단면과 기판의 최상단면 간의 거리를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 모듈(200)의 높이는 3㎜ 미만, 바람직하게는, 2㎜ 미만일 수 있다.
다수의 변동들이 도 2b에서 예시된 구현들 상에서 가능하다는 것을 유념해야 한다. 예를 들어, 몇몇 대안적인 구현들에서, 지지부(220)는 예를 들어, 도 2c에서 도시된 디바이스(100')에서 도시된 바와 같이 인클로저(240) 내부에서 매달려 있을 수 있다. 특히, 지지부(220)는 예를 들어, 인클로저 최상단으로부터 아래쪽으로 연장하는 레그들(230')에 의해 인클로저(240)의 최상단 부분으로부터 매달려 있을 수 있다. 대안적으로, 지지부(220)는 안쪽으로 연장하는 인클로저(240)의 하나 이상의 측면(side)들에 부착되는 레그들(230")에 의해 매달려 있을 수 있다. 몇몇 구현들에서, 지지부(220)는, 기판(110)에 부착되는 위쪽으로 연장하는 레그(230), 인클로저(240)의 최상단 부분으로부터 연장하는 레그(230') 또는 안쪽으로 연장하는 인클로저의 하나 이상의 측면들에 부착되는 레그들(230") 중 둘 이상을 포함하는 결합에 의해 지지될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 실시예들은 예시된 구현들로 제한되지 않는다.
위에서 설명된 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라, 측정 디바이스(100)의 모든 노출된 부분들은 표준 실리콘 웨이퍼와 동일한 물질인 고 전도율 타입 실리콘(예를 들어, P+ 실리콘)으로 이루어질 수 있다. 그 결과, 임의의 오염 문제들이 제거될 수 있다. 부가적으로, 고 전도율 타입 실리콘 인클로저를 갖는 컴포넌트 모듈은 고 전도율 타입 실리콘 기판에 전기적으로 연결되어서, RF 간섭을 방지하도록 컴포넌트 주위의 페러데이 차폐(Faraday shield)를 형성한다. 또한, 컴포넌트 모듈은, 모듈 내부의 컴포넌트가 웨이퍼 온도에 대하여 온도 상승의 상당한 지연을 갖도록 속이 비워지고 기판 또는 커버에 대해 진공 밀봉된다. 이는 측정 전자기기가 챔버 내의 데이터를 수집하기 위한 충분한 시간을 허용할 것이다.
본 개시의 일 양상에 따라, 측정 디바이스(300)는 기판의 한 표면 상에 형성된 센서들(320) 및 상호연결 배선(도시되지 않음)을 갖는 기판(310) 및 기판 상에 장착된 적어도 하나의 컴포넌트 모듈(340)을 포함한다. 컴포넌트 모듈(340)은 CPU 또는 배터리들과 같은 온도 민감성 컴포넌트들(342)을 포함하기 위한 임의의 종래의 모듈일 수 있다. 일 예에서, 컴포넌트 모듈(340)은 스테인리스 강과 같은 고 체적 열 용량 물질로 이루어질 수 있다. 스테인리스 강은 고 체적 열 용량을 가지며, 이에 따라 온도의 상승으로 이어지기 위해 많은 양의 열 에너지를 요구한다. 대안적으로, 모듈(340)은 사파이어, Kovar®, Invar®, 또는 스테인리스 강의 열 용량과 유사한 열 용량을 나타내는 임의의 다른 물질로 구성될 수 있다. Kovar는 펜실베니아 레딩 소재의 Carpenter Technology Corporation의 상표이다. Kovar는 보로실리케이트 유리의 열 팽창 특성들과 호환 가능하게 되도록 설계된 니켈 코발트 철 합금을 지칭한다. Kovar의 조성물은 약 29% 니켈, 7% 코발트, 0.1% 미만의 탄소, 0.2% 실리콘, 0.3% 망간이며 이 조화는 철이 된다. Invar은 프랑스, 오드센(Hauts-De-Seine) 소재의 Imphy Alloys Joint Stock Company France의 상표이다. Fe36(미국에선 64FeNi)로서 일반적으로 또한 알려진 Invar은 독특하게 낮은 열 팽창 계수로서 주목할 만한 니켈강 합금이다. 컴포넌트 모듈(340)은 하나 이상의 레그들(346) 상에서 기판(310)으로부터 분리될 수 있다. 컴포넌트(342)는 배선 본딩(344)에 의해 기판(110) 상의 트래이스들에 전기적으로 연결될 수 있다.
차폐 층(350)은 기판(310) 상의 센서들(320) 및 상호연결 배선을 커버할 수 있다. 일 예에서, 차폐 층(350)은 스테인리스 강, 알루미늄 또는 구리로 이루어질 수 있다. 컴포넌트 모듈(340)에 대해서와 마찬가지로, 컴포넌트 모듈들을 전기적으로 그리고 열적으로 보호하기 위해 모듈 차폐부(360)가 제공된다. 일 예에서, 모듈 차폐부(360)는 스테인리스 강 또는 알루미늄 포일로 이루어질 수 있다. 모듈 차폐부(360)는 강체이거나(solid) 망사형(mesh)일 수 있다. 디바이스(300)는 차폐 층(350)의 최상단으로부터 기판(310)의 최상단면까지 측정된 약 3 밀리미터 미만(예를 들어, 약 2 내지 3 밀리미터)의 두께를 가질 수 있다.
본 개시의 양상들은 강건한 전기적, 열적 및 전자기적 차폐부를 갖는 프로세스 조건 측정 디바이스들에 대한 컴포넌트 모듈들을 제공한다. 컴포넌트 모듈들의 이러한 차폐는 플라즈마 환경에서 프로세스 조건 측정 디바이스의 이용을 용이하게 한다.
첨부된 청구항들은, 기능식(means-plus-function) 제한들이 문구 "~를 위한 수단"을 이용하여 주어진 청구항에서 명시적으로 인용되지 않으면, 이러한 제한들을 포함하는 것으로서 해석되어선 안 된다. 특정한 기능을 수행하기 "위한 수단"을 명시적으로 언급하지 않는 청구항의 임의의 엘리먼트는 35 USC §112,¶6에서 특정된 바와 같은 "수단" 또는 "단계" 절(clause)로서 해석되지 않을 것이다. 특히, 청구항들에서 "~하는 단계"의 이용은 35 USC §112,¶6의 조항을 발동시키도록 의도되지 않는다.

Claims (38)

  1. 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈로서,
    컴포넌트를 지지하도록 구성된 지지부;
    기판에 대한 이격 관계(spaced-apart relationship)로 상기 지지부를 매달도록(suspend) 구성된 하나 이상의 레그들; 및
    상기 컴포넌트를 인클로징(enclosing)하도록 구성된 전기 전도성 또는 저-저항 반도체 인클로저
    를 포함하고,
    상기 지지부 및 상기 레그들은 상기 기판과 상기 인클로저 사이에 있는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레그들은 하나의 단부에서 상기 지지부의 바닥면에 부착되고, 다른 단부에서 기판의 최상단면에 부착되도록 구성된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레그들은 하나의 단부에서 상기 인클로저의 최상단 부분에 부착되고, 다른 단부에서 상기 지지부를 매달도록 구성된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레그들은 하나의 단부에서 상기 인클로저의 측면에 부착되고, 다른 단부에서 상기 지지부를 매달도록 구성된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부는 높은 열 용량 물질로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부는 사파이어 또는 알루미나로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레그들은 스테인리스 강, 석영 또는 유리로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레그들은 에어로겔(aerogel) 또는 폼(foam)으로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저는 고 전도율 타입 실리콘으로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저 내의 압력은 20mTorr 미만인 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저의 내부 표면들은 저 복사율 표면(low emissivity surface)들을 형성하도록 폴리싱된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저의 내부 표면들은 저 복사율 물질로 코팅된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 인클로저의 내부 표면은 금, 백금, 알루미늄, 또는 임의의 고 반사성 막으로 코팅되거나 폴리싱된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 모듈은 3밀리미터 미만의 총 두께를 갖는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 하나 이상의 전력 소스들을 포함하는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 중앙 처리 장치를 포함하는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스에서의 컴포넌트 모듈.
  17. 프로세스 조건 측정 디바이스로서,
    기판; 및
    상기 기판 상에 장착된 하나 이상의 컴포넌트 모듈들
    을 포함하고,
    상기 하나 이상의 컴포넌트 모듈들은 컴포넌트를 지지하기 위한 지지부, 기판에 대한 이격 관계로 상기 지지부를 매달도록 구성된 하나 이상의 레그들, 및 상기 컴포넌트를 인클로징하도록 구성된 전기 전도성 또는 저-저항 반도체 인클로저를 포함하고, 상기 지지부 및 상기 레그들은 상기 기판과 상기 인클로저 사이에 있는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판을 커버(cover)하는 커버를 더 포함하고, 상기 커버는 상기 하나 이상의 컴포넌트 모듈들을 수용하도록 구성된 하나 이상의 관통 홀들을 갖는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 커버 및 상기 인클로저는 동일한 물질로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 커버 및 상기 인클로저는 고 전도율 타입 실리콘으로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 커버에 밀봉되고, 20mTorr 미만의 압력을 갖는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 인클로저는 동일한 물질로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 인클로저는 고 전도율 타입 실리콘으로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 인클로저의 내부 표면들은 저 복사율 표면을 형성하도록 폴리싱된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 인클로저의 내부 표면들은 저 복사율 물질로 코팅된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 모듈은 3 밀리미터 미만의 총 두께를 갖는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  27. 제 7 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 기판에 밀봉되고 20mTorr 미만의 압력을 갖는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 하나 이상의 배터리들을 포함하는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 중앙 처리 장치를 포함하는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  30. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레그들은 하나의 단부에서 상기 지지부의 바닥면에 부착되고, 다른 단부에서 기판의 최상단면에 부착되도록 구성된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  31. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레그들은 하나의 단부에서 상기 인클로저의 최상단 부분에 부착되고, 다른 단부에서 상기 지지부를 매달도록 구성된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  32. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레그들은 하나의 단부에서 상기 인클로저의 측면에 부착되고, 다른 단부에서 상기 지지부를 매달도록 구성된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  33. 프로세스 조건 측정 디바이스로서,
    차폐 층(shielding layer)을 갖는 기판으로서, 상기 차폐 층은 상기 기판을 커버하는 것인, 상기 기판; 및
    상기 기판 상에 장착되는 하나 이상의 컴포넌트 모듈들
    을 포함하고, 상기 하나 이상의 컴포넌트 모듈들은 하나 이상의 컴포넌트 모듈들의 전기적 및 열적 보호를 제공하도록 구성된 전기 전도성 모듈 차폐부에 의해 커버된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 모듈들은 하나 이상의 레그들에 의해 상기 기판 상에 장착된 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 차폐 층은 고 전도율 타입 실리콘, 구리, 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 모듈 차폐부는 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 이루어진 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 모듈 차폐부는 강체(solid)이거나 망사형(mesh)일 수 있는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
  38. 제 33 항에 있어서,
    상기 디바이스는 상기 모듈 차폐부의 최상단으로부터 상기 기판의 최상단면까지 3 밀리미터 미만의 두께를 갖는 것인, 프로세스 조건 측정 디바이스.
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